RU2805010C1 - High-frequency signals divider - Google Patents

High-frequency signals divider Download PDF

Info

Publication number
RU2805010C1
RU2805010C1 RU2023114699A RU2023114699A RU2805010C1 RU 2805010 C1 RU2805010 C1 RU 2805010C1 RU 2023114699 A RU2023114699 A RU 2023114699A RU 2023114699 A RU2023114699 A RU 2023114699A RU 2805010 C1 RU2805010 C1 RU 2805010C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
outputs
frequency
capacitance
divider
Prior art date
Application number
RU2023114699A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Светлана Витальевна Белавская
Владимир Павлович Разинкин
Лилия Ивановна Лисицына
Владимир Александрович Хрусталев
Илья Вадимович Вершеня
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2805010C1 publication Critical patent/RU2805010C1/en

Links

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: high-frequency signal divider contains one input and two outputs, two identical sections of transmission lines, some ends of which are connected to each other and to the input of the divider, and the other ends are respectively connected to the first and the second outputs, a ballast resistor, the terminals of which are connected to the first and the second outputs, and three trimming elements made in the form of capacitors, one of the terminals of which is respectively connected to the input and to the first and the second outputs, and the remaining terminals of the trimming elements are connected to a common housing. The characteristic impedance of the transmission line segments is chosen to be 1.5 times greater than the input impedance of the high-frequency signal divider. The capacity of the third element is determined by the formula , and the length of the transmission line segments is equal to .
EFFECT: expansion of the operating frequency band and reduction in overall dimensions.
1 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области высокочастотной техники и может быть использовано для деления или сложения синфазных сигналов при построении многоканальных усилителей мощности, используемых в радиопередающих системах различного назначения, а также в медицинской хирургической высокочастотной аппаратуре и физиотерапевтических приборах. The invention relates to the field of high-frequency technology and can be used for dividing or adding common-mode signals when constructing multi-channel power amplifiers used in radio transmitting systems for various purposes, as well as in medical surgical high-frequency equipment and physiotherapeutic devices.

Известен делитель (сумматор) высокочастотных сигналов мостового типа с одним входом и двумя выходами, выполненный на трех четвертьволновых отрезках несимметричной линии передачи и одном отрезке несимметричной линии передачи, длина которого составляет 3/4 длины волны. Волновое сопротивление всех отрезков несимметричной линии передачи, включенных в виде замкнутого кольца, одинаково и в раз больше входного сопротивления. Кроме того, данный делитель (сумматор) высокочастотных сигналов содержит балластный (активный) резистор, величина которого равна входному сопротивлению. Один вывод балластного резистора соединен с общим корпусом, а другой вывод подключен к замкнутому кольцу на расстоянии четверти длины волны от первого выхода и три четверти длины волны от второго выхода устройства (см. книгу: Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний / В.В. Заенцев, В.М. Катушкина, С.Е. Лондон, З.И. Модель; под ред. З.И. Моделя. – М.: Сов. Радио, 1980. – 296 с. См. рис. 1.9 на стр. 12). Описанный делитель (сумматор) высокочастотных сигналов имеет высокое качество согласования на центральной частоте полосы пропускания за счет того, что высокочастотные сигналы, распространяющиеся в замкнутом кольце, поступают на балластный резистор в противофазе. В этом случае выходы оказываются электрически развязанными. Основным недостатком этого устройства является узкая полоса рабочих частот, порядка 5%. Это обусловлено большим изменением фазы в самом длинном отрезке несимметричной линии передачи. A known divider (adder) of high-frequency bridge-type signals with one input and two outputs is made on three quarter-wave sections of an asymmetrical transmission line and one section of an asymmetrical transmission line, the length of which is 3/4 of the wavelength. The characteristic impedance of all sections of an asymmetrical transmission line connected in the form of a closed ring is the same in times the input resistance. In addition, this divider (adder) of high-frequency signals contains a ballast (active) resistor, the value of which is equal to the input resistance. One terminal of the ballast resistor is connected to a common housing, and the other terminal is connected to a closed ring at a distance of a quarter of a wavelength from the first output and three-quarters of a wavelength from the second output of the device (see the book: Devices for adding and distributing powers of high-frequency oscillations / V.V. Zaentsev, V.M. Katushkina, S.E. London, Z.I. Model; edited by Z.I. Model. - M.: Sov. Radio, 1980. - 296 pp. See Fig. 1.9 on page . 12). The described divider (adder) of high-frequency signals has a high quality of matching at the central frequency of the passband due to the fact that high-frequency signals propagating in a closed ring arrive at the ballast resistor in antiphase. In this case, the outputs are electrically isolated. The main disadvantage of this device is the narrow operating frequency band, about 5%. This is due to the large phase change in the longest section of the unbalanced transmission line.

Более широкой полосой рабочих частот обладает делитель (сумматор) высокочастотных сигналов, содержащий балластный резистор и два четвертьволновых отрезка несимметричной линии передачи, начала которых соединены вместе и подключены ко входу устройства. Концы каждого из четвертьволновых отрезков несимметричной линии передачи соединены с выводами балластного резистора, которые подключены соответственно к первому и второму выходу делителя (сумматора) высокочастотных сигналов. Сопротивление балластного резистора равно удвоенному значению входного сопротивления делителя (сумматора) высокочастотных сигналов, а волновое сопротивление обоих четвертьволновых отрезков несимметричной линии передачи в раз превышает входное сопротивление (см. книгу: Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний / В.В. Заенцев, В.М. Катушкина, С.Е. Лондон, З.И. Модель; под ред. З.И. Моделя. – М.: Сов. Радио, 1980. – 296 с. См. рис. 1.7 на стр. 12). Описываемый делитель (сумматор) высокочастотных сигналов обладает электрической симметрией относительно выходов и содержит только два четвертьволновых отрезка несимметричной линии передачи. Поэтому полоса рабочих частот составляет порядка 10%. Недостатком описываемого делителя (сумматора) высокочастотных сигналов является работа на малом уровне мощности входного сигнала. Это обусловлено тем, что мощность балластного резистора должна быть сопоставима с мощностью сигнала, подводимого ко входу. Поэтому в данном устройстве при работе на высоком уровне мощности требуется мощный балластный резистор, который имеет паразитную индуктивность и паразитную емкость. При этом на частотах менее 100 МГц паразитной индуктивностью мощных балластных резисторов, как правило, можно пренебречь, поскольку она не превышает 2-4 нГ. Величина паразитной емкости, которая равна нескольким пФ при уровне мощности 100-200 Вт, приводит к существенному рассогласованию по обоим выходам и входу, а также уменьшению развязки между выходами делителя (сумматора) высокочастотных сигналов, что недопустимо при большом уровне мощности входного сигнала. A divider (adder) of high-frequency signals has a wider operating frequency band, containing a ballast resistor and two quarter-wave sections of an asymmetrical transmission line, the beginnings of which are connected together and connected to the input of the device. The ends of each of the quarter-wave sections of the asymmetrical transmission line are connected to the terminals of the ballast resistor, which are connected, respectively, to the first and second outputs of the high-frequency signal divider (adder). The resistance of the ballast resistor is equal to twice the input resistance of the divider (adder) of high-frequency signals, and the characteristic impedance of both quarter-wave sections of the asymmetric transmission line is times the input resistance (see the book: Devices for adding and distributing the power of high-frequency oscillations / V.V. Zaentsev, V.M. Katushkina, S.E. London, Z.I. Model; edited by Z.I. Model. – M.: Sov. Radio, 1980. – 296 pp. See Fig. 1.7 on page 12). The described divider (adder) of high-frequency signals is electrically symmetrical with respect to the outputs and contains only two quarter-wave sections of an asymmetrical transmission line. Therefore, the operating frequency band is about 10%. The disadvantage of the described divider (adder) of high-frequency signals is that it operates at a low power level of the input signal. This is due to the fact that the power of the ballast resistor must be comparable to the power of the signal supplied to the input. Therefore, in this device, when operating at a high power level, a powerful ballast resistor is required, which has parasitic inductance and parasitic capacitance. At the same time, at frequencies less than 100 MHz, the parasitic inductance of powerful ballast resistors, as a rule, can be neglected, since it does not exceed 2-4 nH. The magnitude of the parasitic capacitance, which is equal to several pF at a power level of 100-200 W, leads to a significant mismatch on both outputs and the input, as well as a decrease in the isolation between the outputs of the divider (adder) of high-frequency signals, which is unacceptable at a high power level of the input signal.

Известен делитель (сумматор) высокочастотных сигналов, являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий симметричный тройник, имеющий вход и два выхода, расположенные по разные стороны от входа и соединенные четвертьволновыми линиями передачи со входом, балластный (активный) резистор, одним концом подключенный к первому выходу, вторым - ко второму выходу, два подстроечных элемента, причем первый подключен к одному выводу балластного резистора, а второй к другому выводу балластного резистора (патент на полезную модель №113421, кл. МПК Н01Р 5/16, опубликовано 10.02.2012). Анализ частотных свойств прототипа в компьютерном схемотехническом САПР показал, что подстроечные элементы позволяют увеличить уровень мощности входного сигнала за счет компенсации влияния паразитной емкости мощного балластного резистора только в узкой полосе рабочих частот. Каждый подстроечный элемент и половина паразитной емкости образуют колебательную систему, настроенную в резонанс на центральной частоте полосы пропускания. При этом подстроечный элемент представляет собой разомкнутый на конце отрезок линии передачи, длина которого больше четверти длины волны. Это приводит к существенному уменьшению полосы частот качественного согласования за счет резонансной компенсации с помощью подстроечного элемента паразитной емкости балластного резистора. Отметим, что значительная длина двух подстроечных элементов существенно увеличивает габаритные размеры делителя (сумматора) высокочастотных сигналов.Famous divider(adder) of high-frequency signals, which is a prototype of the proposed invention and contains a symmetrical tee having an input and two outputs located on opposite sides of the input and connected by quarter-wave transmission lines to the input, a ballast (active) resistor, one end connected to the first output, the other to the second output, two trimming elements, the first connected to one terminal of the ballast resistor, and the second to the other terminal of the ballast resistor (utility model patent No. 113421, class IPC N01R 5/16, published 02/10/2012). An analysis of the frequency properties of the prototype in computer circuit design CAD showed that the tuning elements make it possible to increase the power level of the input signal by compensating for the influence of the parasitic capacitance of a powerful ballast resistor only in a narrow operating frequency band. Each tuning element and half of the parasitic capacitance form an oscillatory system tuned to resonance at the center frequency of the passband. In this case, the tuning element is a section of the transmission line open at the end, the length of which is more than a quarter of the wavelength. This leads to a significant reduction in the frequency band of high-quality matching due to resonant compensation using the tuning element of the parasitic capacitance of the ballast resistor. Note that the significant length of the two tuning elements significantly increases the overall dimensions of the divider (adder) of high-frequency signals.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является расширение полосы рабочих частот и уменьшение габаритных размеров при сохранении высокого уровня мощности входного сигнала.The objective (technical result) of the proposed invention is to expand the operating frequency band and reduce overall dimensions while maintaining a high level of input signal power.

Поставленная задача достигается тем, что делитель высокочастотных сигналов, выполненный в виде симметричного тройника, имеющего один вход и два выхода, расположенные по разные стороны от входа, и содержащий два одинаковых отрезка линий передачи, одними концами соединенные между собой и со входом, а другими концами подключенные к соответственно к первому и второму выходу, балластный резистор, включенный между первым и вторым выходом, и два подстроечных элемента, при этом в делитель высокочастотных сигналов введен третий подстроечный элемент, выполненный в виде конденсатора, включенного между входом и общим корпусом, емкость которого равна The task is achieved by the fact that the high-frequency signal divider, made in the form of a symmetrical tee, having one input and two outputs located on opposite sides of the input, and containing two identical sections of transmission lines, one end connected to each other and to the input, and the other ends connected to the first and second outputs, respectively, a ballast resistor connected between the first and second outputs, and two trimming elements, while a third trimming element is introduced into the high-frequency signal divider, made in the form of a capacitor connected between the input and the common housing, the capacitance of which is equal to

, ,

где: С - емкость третьего подстроечного элемента в виде конденсатора;where: C is the capacitance of the third tuning element in the form of a capacitor;

- центральная частота входного сигнала; - central frequency of the input signal;

- входное сопротивление делителя высокочастотных сигналов; - input impedance of the high-frequency signal divider;

первый и второй подстроечные элементы выполнены в виде конденсаторов, каждый из которых одним выводом подключен к одному из выходов, а другим соединен с общим корпусом, при этом их емкость равнаThe first and second trimming elements are made in the form of capacitors, each of which is connected with one terminal to one of the outputs, and the other is connected to a common housing, and their capacitance is equal to

, ,

где: – емкость первого подстроечного элемента в виде конденсатора;Where: – capacitance of the first tuning element in the form of a capacitor;

- емкость второго подстроечного элемента в виде конденсатора; - the capacitance of the second trimming element in the form of a capacitor;

- результирующая паразитная емкость балластного резистора; - the resulting parasitic capacitance of the ballast resistor;

длина каждого из отрезков линий передачи выбрана равнойthe length of each of the transmission line segments is chosen to be equal to

, ,

где: L – длина отрезков линий передачи; where: L – length of transmission line segments;

- длина волны, соответствующая частоте ; - wavelength corresponding to frequency ;

- относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика - relative dielectric constant of the dielectric

отрезков линий передачи; sections of transmission lines;

а волновое сопротивление принято превышающим в 1,5 раза входное сопротивление делителя высокочастотных сигналов. and the characteristic impedance is assumed to be 1.5 times greater than the input impedance of the high-frequency signal divider.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого делителя высокочастотных сигналов. На фиг. 2 приведены частотные зависимости коэффициента стоячей волны (КСВ) по входу (кривая 1) и каждому из выходов (кривая 2) делителя высокочастотных сигналов. На фиг. 3 приведена частотная зависимость развязки между выходами делителя высокочастотных сигналов. На фиг. 4 приведены графики частотной зависимости КСВ по выходу для прототипа (пунктирная линия) и предлагаемого устройства (сплошная линия).In fig. Figure 1 shows a diagram of the proposed high-frequency signal divider. In fig. Figure 2 shows the frequency dependences of the standing wave ratio (SWR) for the input (curve 1) and each of the outputs (curve 2) of the high-frequency signal divider. In fig. Figure 3 shows the frequency dependence of the decoupling between the outputs of the high-frequency signal divider. In fig. Figure 4 shows graphs of the frequency dependence of the output SWR for the prototype (dashed line) and the proposed device (solid line).

Делитель высокочастотных сигналов содержит вход 1, два выхода 2 и 3, два одинаковых отрезка линии передачи 4 и 5, которые соответственно соединяют выходы 2 и 3 со входом 1. Балластный резистор 6 включен между выходами 2 и 3. Подстроечные элементы в виде конденсаторов 7 и 8 подключены соответственно к выводам балластного резистора 6 и общему корпусу. Третий подстроечный элемент 9 в виде конденсатора подключен ко входу и общему корпусу. The high-frequency signal divider contains input 1, two outputs 2 and 3, two identical sections of the transmission line 4 and 5, which respectively connect outputs 2 and 3 to input 1. Ballast resistor 6 is connected between outputs 2 and 3. Trimmers in the form of capacitors 7 and 8 are connected respectively to the terminals of the ballast resistor 6 and the common housing. The third trimming element 9 in the form of a capacitor is connected to the input and the common housing.

Предлагаемый делитель высокочастотных сигналов работает следующим образом. При подаче высокочастотного сигнала на вход 1 происходит равное деление мощности этого сигнала на выходах 2 и 3. При этом в балластном резисторе 6 мощность не выделяется, поскольку делитель высокочастотного сигнала выполнен в виде симметричного тройника, следовательно, к выводам балластного резистора 6 подводятся одинаковые и синфазные напряжения. В результате этого обеспечивается развязка между выходами 2 и 3 не менее 25 дБ в полосе частот, в которой КСВ по каждому из выходов 2, 3 не превышает значения 1,2. Следует отметить, что сопротивление балластного резистора, также как в прототипе и в аналогах, равно удвоенному значению входного сопротивления делителя высокочастотных сигналов. The proposed high-frequency signal divider works as follows. When a high-frequency signal is supplied to input 1, the power of this signal is equally divided at outputs 2 and 3. In this case, no power is released in the ballast resistor 6, since the high-frequency signal divider is made in the form of a symmetrical tee, therefore, equal and in-phase connections are supplied to the terminals of the ballast resistor 6 voltage. As a result, an isolation between outputs 2 and 3 is ensured of at least 25 dB in the frequency band in which the SWR for each of outputs 2, 3 does not exceed 1.2. It should be noted that the resistance of the ballast resistor, as well as in the prototype and analogues, is equal to twice the input resistance of the high-frequency signal divider.

Для определения коэффициента отражения предлагаемого делителя высокочастотных сигналов относительно каждого из выходов 2 и 3, воспользуемся известным методом четного и нечетного возбуждения для симметричных устройств. В режиме нечетного возбуждения на выходы 2 и 3 подаются противофазные сигналы. Вследствие этого по оси симметрии имеет место режим нулевого потенциала, что соответствует режиму короткого замыкания. В режиме нечетного возбуждения проводимость на центральной частоте для одного из выходов, например 2, с учетом паразитной емкости балластного резистора 6 будет равнаTo determine the reflection coefficient of the proposed high-frequency signal divider relative to each of outputs 2 and 3, we will use the well-known method of even and odd excitation for symmetrical devices. In odd excitation mode, outputs 2 and 3 are supplied with antiphase signals. As a result, a zero potential mode occurs along the axis of symmetry, which corresponds to a short circuit mode. In odd excitation mode, conductivity at center frequency for one of the outputs, for example 2, taking into account parasitic capacitance ballast resistor 6 will be equal to

, (1) , (1)

где: – физическая длина отрезков линий передачи 4 и 5, Where: – physical length of transmission line segments 4 and 5,

указанная в формуле изобретения. specified in the claims.

Подставив в соотношение (1) значение длины L отрезка линии передачи 4 и значение емкости подстроечного элемента в виде конденсатора 7, как указано в формуле изобретения, находим Substituting into relation (1) the value of the length L of the segment of transmission line 4 and the value of the capacitance trimming element in the form of a capacitor 7, as indicated in the claims, we find

. (2) . (2)

Как видно из соотношения (2), при выбранных в соответствии с формулой изобретения параметрах элементов делителя высокочастотных сигналов для режима нечетного возбуждения реальная часть проводимости равна , а мнимая часть практически близка к 0. Это означает, что в режиме нечетного возбуждения для выходов 2 и 3 на центральной частоте обеспечивается режим полного согласования. As can be seen from relation (2), with the parameters of the high-frequency signal divider elements selected in accordance with the claims for the odd excitation mode, the real part of the conductivity equal to , and the imaginary part is practically close to 0. This means that in odd excitation mode for outputs 2 and 3 at the center frequency Full coordination mode is ensured.

В режиме четного возбуждения на выходы 2 и 3 подаются синфазные сигналы. В этом случае по оси симметрии напряжения одинаковые, что соответствует режиму холостого хода. В рассматриваемом симметричном устройстве для обеспечения режима согласования при выполнении равенства мнимая часть проводимости в режиме четного возбуждения также должна быть равна . Тогда реальная часть проводимости будет равна .In even excitation mode, outputs 2 and 3 are supplied with common-mode signals. In this case, the voltages along the axis of symmetry are the same, which corresponds to the no-load mode. In the symmetrical device under consideration, to ensure the matching mode when equality is satisfied The imaginary part of the conductivity in the even excitation mode should also be equal to . Then the real part of the conductivity will be equal to .

По известным значениям и в соответствии с методом четного и нечетного возбуждения определяем значение коэффициента отражения относительно выходов 2 и 3 для предлагаемого делителя высокочастотных сигналовBased on known values And in accordance with the method of even and odd excitation, we determine the value of the reflection coefficient relative to outputs 2 and 3 for the proposed RF divider

, (3) , (3)

Подставив в соотношение (3) найденные выше значения и получим, что на центральной частоте при указанных формуле изобретения параметрах отрезков линий передачи и значений емкостей трех подстроечных элементов коэффициент отражения . То есть, каждый из выходов 2 и 3 оказывается согласованным. Поскольку в рабочем режиме на балластном резисторе 6 мощность не рассеивается, то в соответствии с законом сохранения энергии по входу 1 также поддерживается режим согласования. Substituting the values found above into relation (3) And we find that at the central frequency with the parameters of the transmission line segments and the capacitance values of the three trimming elements specified in the claims, the reflection coefficient . That is, each of outputs 2 and 3 turns out to be consistent. Since in operating mode power is not dissipated on ballast resistor 6, then, in accordance with the law of conservation of energy, input 1 is also supported in matching mode.

Метод четного и нечетного возбуждения позволяет рассчитать развязку между выходами 2 и 3 по следующему соотношению The even and odd excitation method allows you to calculate the decoupling between outputs 2 and 3 using the following relationship

, (4) , (4)

где: - развязка между выходами 2 и 3 на центральнойWhere: - isolation between outputs 2 and 3 on the central

частоте .frequency .

Из соотношения (4) следует, что на центральной частоте выходы 2 и 3 оказываются полностью развязанными, что является необходимым условием для функционирования делителя высокочастотных сигналов.From relation (4) it follows that at the central frequency outputs 2 and 3 are completely decoupled, which is a necessary condition for the functioning of the high-frequency signal divider.

Результаты расчета в компьютерной САПР частотной зависимости КСВ по входу (кривая 1) и по выходу (кривая 2) предлагаемого делителя высокочастотных сигналов приведены на фиг. 2. Из рассмотрения графиков фиг. 2 видно, что на центральной частоте в предлагаемом устройстве наблюдается режим полного согласования как по входу 1, так и по выходам 2 и 3. На графике фиг. 3 приведен результат моделирования частотной зависимости развязки между выходами 2 и 3. Как видно из графика фиг. 3, при полном согласовании по входу 1 и выходам 2 и 3 на центральной частоте развязка максимальна. Необходимо отметить, чем лучше качество согласования, тем больше развязка. На графике фиг. 4 приведены результаты моделирования в компьютерной САПР частотной зависимости КСВ для прототипа (пунктирная линия) и предлагаемого устройства (сплошная линия). Расчеты выполнены для центральной частоты МГц и результирующей паразитной емкости балластного резистора 55,6 пФ. Как видно из рассмотрения графиков фиг. 4, предлагаемый сумматор высокочастотных сигналов имеет полосу рабочих частот 6,9 МГц, а прототип - 4,3 МГц, что в 1,6 раза больше. Увеличение полосы рабочих частот в предлагаемом устройстве объясняется не используются резонансные режимы. В данном случае подстроечные элементы в виде конденсаторов 7, 8 и 9 совместно с отрезками линий передачи 4 и 5 образуют структуры типа фильтра нижних частот с широкой полосой пропускания.The results of calculating in computer CAD the frequency dependence of the SWR at the input (curve 1) and output (curve 2) of the proposed high-frequency signal divider are shown in Fig. 2. From consideration of the graphs of Fig. 2 it can be seen that at the central frequency In the proposed device, a complete matching mode is observed both at input 1 and at outputs 2 and 3. In the graph of Fig. Figure 3 shows the result of modeling the frequency dependence of the decoupling between outputs 2 and 3. As can be seen from the graph in Fig. 3, with full matching of input 1 and outputs 2 and 3 at the center frequency isolation is maximum. It should be noted that the better the matching quality, the greater the isolation. On the graph of Fig. Figure 4 shows the results of modeling in computer CAD the frequency dependence of SWR for the prototype (dashed line) and the proposed device (solid line). Calculations are performed for the central frequency MHz and the resulting parasitic capacitance of the ballast resistor is 55.6 pF. As can be seen from examining the graphs of Fig. 4, the proposed high-frequency signal combiner has an operating frequency band of 6.9 MHz, and the prototype has an operating frequency of 4.3 MHz, which is 1.6 times more. The increase in the operating frequency band in the proposed device is explained by the fact that resonant modes are not used. In this case, tuning elements in the form of capacitors 7, 8 and 9, together with sections of transmission lines 4 and 5, form structures such as a low-pass filter with a wide bandwidth.

При аварийном отключении одной из нагрузок делителя высокочастотных сигналов часть мощность входного высокочастотного сигнала рассеивается на балластном резисторе 6, который должен быть рассчитан на эту мощность. Чем больше мощность балластного резистора, тем больше его паразитная емкость. В таблице 1 приведены результаты расчета значений максимально допустимой паразитной емкости балластного резистора, влияние которой может быть скомпенсировано в предлагаемом устройстве для различных значений центральной частоты .In the event of an emergency shutdown of one of the loads of the high-frequency signal divider, part of the power of the input high-frequency signal is dissipated on the ballast resistor 6, which must be designed for this power. The greater the power of the ballast resistor, the greater its parasitic capacitance. Table 1 shows the results of calculating the values of the maximum permissible parasitic capacitance of the ballast resistor, the influence of which can be compensated in the proposed device for different values of the central frequency .

Таблица 1. Значения максимально допустимой паразитной емкостиTable 1. Values of the maximum permissible parasitic capacitance

балластного резистора. ballast resistor.

, МГц , MHz 2525 5050 100100 200200 400400 800800 , пФ , pF 59,7359.73 29,9429.94 15,0015.00 7,507.50 3,753.75 1,881.88

В настоящее время в качестве мощных балластных резисторов широкое применение нашли планарные пленочные резисторы с диэлектрической подложкой из бериллиевой керамики, которая эффективно отводит рассеиваемую мощность на внешний радиатор. Балластные резисторы такого типа на уровень мощности 100-200 Вт имеют общую паразитную емкость от 2 пФ до 10 пФ. Как следует из формулы изобретения, половина этой емкости входит в состав емкости подстроечных элементов. Проведенные расчеты показали, что на частоте 27 МГц емкости подстроечных элементов 7 и 8 равны 27,8 пФ. Такое значение емкости позволяет заместить результирующую паразитную емкость пФ балластного резистора с рассеиваемой мощностью несколько кВт. Отметим, что в этом случае в делителе высокочастотных сигналов остается только один подстроечный элемент 9, а функцию подстроечных элементов 7 и 8 выполняет паразитная емкость балластного резистора. Currently, planar film resistors with a dielectric substrate made of beryllium ceramics, which effectively transfers the dissipated power to an external radiator, are widely used as powerful ballast resistors. Ballast resistors of this type for a power level of 100-200 W have a total parasitic capacitance from 2 pF to 10 pF. As follows from the claims, half of this capacity is included in the capacity of the trimmers. The calculations showed that at a frequency of 27 MHz the capacitances of trimmers 7 and 8 are equal to 27.8 pF. This capacitance value allows you to replace the resulting parasitic capacitance pF ballast resistor with power dissipation of several kW. Note that in this case, only one trimming element 9 remains in the high-frequency signal divider, and the function of trimming elements 7 and 8 is performed by the parasitic capacitance of the ballast resistor.

Большие значения емкостей подстроечных элементов 7 и 8 обеспечивают работу на высоком уровне мощности входного высокочастотного сигнала. Большие значения емкостей обеспечены за счет того что, предложено выбрать значение волнового сопротивления отрезков линий передачи 4 и 5, равное . При общепринятом значении Ом волновое сопротивление отрезков линий передачи 4 и 5 составляет 75 Ом. Данное значение является стандартным для коаксиальных кабелей. Large values of the capacitances of trimmers 7 and 8 ensure operation at a high power level of the input high-frequency signal. Large capacitance values are ensured due to the fact that it is proposed to select the value of the characteristic impedance of sections of transmission lines 4 and 5 equal to . With the generally accepted meaning Ohm characteristic impedance of sections of transmission lines 4 and 5 is 75 Ohms. This value is standard for coaxial cables.

Как показывают расчеты, выполненные по соотношениям, приведенным в формуле изобретения, на частоте 200 МГц значение емкости подстроечных элементов 7 и 8 равно 3,75 пФ. Если это значение удвоить, то получим результирующую паразитную емкость балластного резистора 6, равную 7,5 пФ. Из практики известно, что такому значению паразитной емкости соответствует допустимая рассеиваемая мощность порядка 250 Вт при использовании балластного резистора 6, реализованного по пленочной технологии на диэлектрической подложке из бериллиевой керамики. При этом максимально допустимая мощность на входе делителя высокочастотных сигналов на частоте 200 МГц составит 500 Вт. Таким образом, предлагаемое устройство работоспособно на высоком уровне мощности входного сигнала.As calculations performed using the relationships given in the claims show, at a frequency of 200 MHz, the capacitance value of trimmers 7 and 8 is 3.75 pF. If this value is doubled, we obtain the resulting parasitic capacitance of ballast resistor 6 equal to 7.5 pF. It is known from practice that this value of parasitic capacitance corresponds to a permissible power dissipation of about 250 W when using ballast resistor 6, implemented using film technology on a dielectric substrate made of beryllium ceramics. In this case, the maximum permissible power at the input of the high-frequency signal divider at a frequency of 200 MHz will be 500 W. Thus, the proposed device is operational at a high level of input signal power.

Как было показано выше, предлагаемое устройство имеет в 1,6 раза большую полосу рабочих частот по сравнению с прототипом и характеризуется высокой технологичностью, поскольку содержит только конденсаторы, планарный пленочный резистор и два отрезка линий передачи с длиной на 22% меньше . Указанная длина отрезков линий передачи позволяет уменьшить габаритные размеры. Кроме того, выполнение подстроечных элементов в виде конденсаторов также существенно уменьшает габаритные размеры. В диапазоне частот 20-100 МГц в качестве отрезков линий передачи используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, обладающий хорошими экранирующими свойствами. В диапазоне частот 200-2000 МГц технологически целесообразно использовать микрополосковые линии передачи. Отсутствие катушек индуктивности в предлагаемом устройстве уменьшает потери на излучение, что актуально при работе на высоком уровне мощности. Приведенные выше технические характеристики имеют хорошее совпадение с экспериментальными результатами, полученными при испытании опытного образца. As shown above, the proposed device has a 1.6 times greater operating frequency band compared to the prototype and is characterized by high manufacturability, since it contains only capacitors, a planar film resistor and two sections of transmission lines with a length 22% less . The specified length of transmission line segments makes it possible to reduce overall dimensions. In addition, making tuning elements in the form of capacitors also significantly reduces overall dimensions. In the frequency range 20-100 MHz, coaxial cable with a characteristic impedance of 75 Ohms, which has good shielding properties, is used as sections of transmission lines. In the frequency range 200-2000 MHz, it is technologically feasible to use microstrip transmission lines. The absence of inductors in the proposed device reduces radiation losses, which is important when operating at high power levels. The above technical characteristics are in good agreement with the experimental results obtained when testing the prototype.

Claims (17)

Делитель высокочастотных сигналов, выполненный в виде симметричного тройника, имеющего один вход и два выхода, расположенные по разные стороны от входа, и содержащий два одинаковых отрезка линий передачи, одними концами соединенные между собой и со входом, а другими концами подключенные соответственно к первому и второму выходам, балластный резистор, включенный между первым и вторым выходами, и два подстроечных элемента, отличающийся тем, что в него введен третий подстроечный элемент, выполненный в виде конденсатора, включенного между входом и общим корпусом, емкость которого равнаA high-frequency signal divider, made in the form of a symmetrical tee, having one input and two outputs, located on opposite sides of the input, and containing two identical sections of transmission lines, one ends connected to each other and to the input, and the other ends connected to the first and second, respectively outputs, a ballast resistor connected between the first and second outputs, and two tuning elements, characterized in that a third tuning element is introduced into it, made in the form of a capacitor connected between the input and the common housing, the capacitance of which is equal to , , где: С - емкость третьего подстроечного элемента в виде конденсатора;where: C is the capacitance of the third tuning element in the form of a capacitor; - центральная частота входного сигнала; - central frequency of the input signal; - входное сопротивление делителя высокочастотных сигналов; - input impedance of the high-frequency signal divider; первый и второй подстроечные элементы выполнены в виде конденсаторов, каждый из которых одним выводом подключен к одному из выходов, а другим соединен с общим корпусом, при этом их емкость равна The first and second trimming elements are made in the form of capacitors, each of which is connected with one terminal to one of the outputs, and the other is connected to a common housing, and their capacitance is equal to , , где: – емкость первого подстроечного элемента в виде конденсатора;Where: – capacitance of the first tuning element in the form of a capacitor; - емкость второго подстроечного элемента в виде конденсатора; - the capacitance of the second trimming element in the form of a capacitor; - результирующая паразитная емкость балластного резистора; - the resulting parasitic capacitance of the ballast resistor; длина каждого из отрезков линий передачи выбрана равнойthe length of each of the transmission line segments is chosen to be equal to , , где: L – длина отрезков линий передачи; where: L – length of transmission line segments; - длина волны, соответствующая частоте ; - wavelength corresponding to frequency ; - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика - relative dielectric constant of the dielectric отрезков линий передачи;sections of transmission lines; а волновое сопротивление принято превышающим в 1,5 раза входное сопротивление делителя высокочастотных сигналов. and the characteristic impedance is assumed to be 1.5 times greater than the input impedance of the high-frequency signal divider.
RU2023114699A 2023-06-05 High-frequency signals divider RU2805010C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2805010C1 true RU2805010C1 (en) 2023-10-10

Family

ID=

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5430418A (en) * 1994-02-14 1995-07-04 At&T Corp. Power combiner/splitter
US5469129A (en) * 1994-08-29 1995-11-21 Motorola, Inc. Impedance transforming three-port power divider/combiner using lumped elements
JPH10314139A (en) * 1997-05-15 1998-12-02 Hitachi Medical Corp Magnetic resonance imaging device
JP2001094316A (en) * 1999-09-27 2001-04-06 Murata Mfg Co Ltd Power distributor/synthesizer and mobile object communication machine using the same
JP2006020033A (en) * 2004-07-01 2006-01-19 Sharp Corp Power composite distributor, power amplifier and high frequency communication device
RU2327261C2 (en) * 2006-04-20 2008-06-20 ГОУ ВПО Новосибирский государственный технический университет Band-rejecting filter
JP5037212B2 (en) * 2007-04-25 2012-09-26 株式会社カネカ Polypropylene resin pre-expanded particles, and in-mold foam moldings
RU148931U1 (en) * 2014-08-11 2014-12-20 Открытое Акционерное Общество "Государственный Ракетный Центр Имени Академика В.П. Макеева" SYNTHESIS BRIDGE DEVICE
CN105244591A (en) * 2015-11-06 2016-01-13 北京邮电大学 Adjustable frequency band complex impedance matching power divider
RU158850U1 (en) * 2015-05-25 2016-01-20 Акционерное общество "Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева" POWER DIVIDER
JP2020136806A (en) * 2019-02-15 2020-08-31 日本アンテナ株式会社 Wilkinson circuit
US20210265105A1 (en) * 2018-12-12 2021-08-26 Murata Manufacturing Co., Ltd. Power divider
US11205830B1 (en) * 2020-08-25 2021-12-21 National Chi Nan University Power divider

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5430418A (en) * 1994-02-14 1995-07-04 At&T Corp. Power combiner/splitter
US5469129A (en) * 1994-08-29 1995-11-21 Motorola, Inc. Impedance transforming three-port power divider/combiner using lumped elements
JPH10314139A (en) * 1997-05-15 1998-12-02 Hitachi Medical Corp Magnetic resonance imaging device
JP2001094316A (en) * 1999-09-27 2001-04-06 Murata Mfg Co Ltd Power distributor/synthesizer and mobile object communication machine using the same
JP2006020033A (en) * 2004-07-01 2006-01-19 Sharp Corp Power composite distributor, power amplifier and high frequency communication device
RU2327261C2 (en) * 2006-04-20 2008-06-20 ГОУ ВПО Новосибирский государственный технический университет Band-rejecting filter
JP5037212B2 (en) * 2007-04-25 2012-09-26 株式会社カネカ Polypropylene resin pre-expanded particles, and in-mold foam moldings
RU148931U1 (en) * 2014-08-11 2014-12-20 Открытое Акционерное Общество "Государственный Ракетный Центр Имени Академика В.П. Макеева" SYNTHESIS BRIDGE DEVICE
RU158850U1 (en) * 2015-05-25 2016-01-20 Акционерное общество "Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева" POWER DIVIDER
CN105244591A (en) * 2015-11-06 2016-01-13 北京邮电大学 Adjustable frequency band complex impedance matching power divider
US20210265105A1 (en) * 2018-12-12 2021-08-26 Murata Manufacturing Co., Ltd. Power divider
JP2020136806A (en) * 2019-02-15 2020-08-31 日本アンテナ株式会社 Wilkinson circuit
US11205830B1 (en) * 2020-08-25 2021-12-21 National Chi Nan University Power divider

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6005454A (en) Radio frequency power divider/combiner circuit having conductive lines and lumped circuits
US7676252B2 (en) Filter circuit having plural resonator blocks with a phase adjustment unit
US6472950B1 (en) Broadband coupled-line power combiner/divider
US9300022B2 (en) Vaisman baluns and microwave devices employing the same
Mandal et al. Reduced-length rat-race couplers
KR101629700B1 (en) Negative Group Delay Filters
Abd El-Hameed et al. Design of low-loss coplanar transmission lines using distributed loading for millimeter-wave power divider/combiner applications in 0.18-$\mu $ m CMOS technology
Ang et al. A broad-band quarter-wavelength impedance transformer with three reflection zeros within passband
CN110832696B (en) Power distribution synthesizer
CN113471648B (en) Four-mode branch knot loading resonator and dual-passband band-pass filter based on same
US7667556B2 (en) Integrated power combiner/splitter
US6121853A (en) Broadband coupled-line power combiner/divider
RU2805010C1 (en) High-frequency signals divider
Zonouri et al. A compact Gysel power divider with ultra‐wide rejection band and high fractional bandwidth
RU2324266C2 (en) Microstrip dual channel splitter
Hawatmeh et al. Design and analysis of multi-frequency unequal-split Wilkinson power divider using non-uniform transmission lines
RU2601533C1 (en) Power divider
Tan et al. A dual-mode bandpass filter with enhanced capacitive perturbation
Borah et al. Reconfigurable balanced dualband bandstop filter
Beiki et al. Harmonic suppression in short-circuited stub bandpass filter by means of a new miniaturized bandstop filter
Sadeque et al. Analysis and design of the biasing network for 1 ghz bandwidth rf power amplifier
RU2658093C1 (en) Method of construction of compact power divider of microwave
Alazemi et al. Equal and unequal quad‐band Gysel power dividers
RU2733483C1 (en) Broadband adder of microwave signals
Wada et al. Basic characteristics of a quarter-wavelength CPW resonator with tap-feed structure and its application to a bandpass filter with attenuation poles